编辑推荐：
研究人员利用 7T fMRI 线扫描技术研究不同年龄组视觉皮层血流动力学反应函数（HRF），发现两组无显著差异，为相关研究提供参考。
一、研究背景
大脑，这个人体最为神秘复杂的 “指挥官”，随着年龄的增长会发生一系列变化。从外观上看，就像一棵逐渐枯萎的大树，皮层会变薄、萎缩；从内部机能来说，其血液流动、氧气代谢等功能也在悄然改变。功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）作为探索大脑奥秘的有力武器，能够通过检测血氧水平依赖（blood oxygenation level-dependent，BOLD）信号，让我们一窥大脑在执行任务时的活动情况。其中，血流动力学反应函数（hemodynamic response function，HRF）反映了大脑对神经活动的血液供应变化，就像是大脑活动的 “后勤保障指标”。
然而，在研究大脑衰老与 HRF 的关系时，科学家们陷入了困惑。以往的研究结果参差不齐，有的发现老年人在视觉刺激后的 BOLD 反应幅度下降，有的却得出相反结论。这背后的原因多种多样，比如研究时使用的磁场强度较低（1.5T 和 3T），就像用像素不高的相机拍照，无法清晰捕捉大脑的细微变化；空间和时间分辨率不足（大于 3mm 各向同性、重复时间 1 - 2s），导致采集的 BOLD 信号更多来自较大的引流静脉，而不是大脑的关键区域；样本量较小，分析技术也存在差异。这些问题就像层层迷雾，阻碍了我们对大脑衰老过程中 HRF 变化的准确理解。
为了驱散这些迷雾，来自荷兰的研究人员决定开展一项深入研究，旨在揭示不同年龄组大脑视觉皮层中 HRF 的差异，该研究成果发表在《Brain Topography》上。
二、研究方法
- 参与者：研究招募了 11 名年轻健康参与者（23±2 岁，年龄范围 19 - 25 岁，6 男 5 女）和 11 名中年健康参与者（63±4 岁，年龄范围 57 - 69 岁，9 男 2 女），他们均在 7T MRI 系统下接受扫描。
- 刺激与任务：通过在屏幕上呈现特定视觉刺激，包括 12s ON/OFF 的 “定位器” 任务和用于 HRF 形状估计的事件相关视觉任务，同时引入对比反转的闪烁图像让参与者按键反应，以确保其注意力集中。
- 数据采集：采集了包括解剖扫描、线扫描数据和全脑功能数据。解剖扫描使用 MP2RAGE 序列和 FLAIR 序列；线扫描通过特定的梯度回波和多回波梯度回波序列，获取极高空间（250μm）和时间（105ms）分辨率的数据；全脑功能数据则采用 3D GE - EPI 序列采集。
- HRF 形状估计与数据分析：利用反卷积方法（Nideconv）估计 HRF 形状，通过有限脉冲响应模型和傅里叶基集进行分析。对全脑数据和线扫描数据分别进行一系列处理和分析，包括图像去噪、分割、ROI 定义等。
三、研究结果
- 参与者任务表现：所有参与者的辨别指数（d’）均大于 1，表明他们能完成任务。年轻组和中年组在 d’值和反应时间上无显著差异，说明两组在执行任务时的注意力和能力相似。
- HRF 形状相似性：从初级视觉皮层（V1）提取的 HRF 显示，年轻组和中年组的 HRF 形状在整体上非常相似。无论是基于全脑数据还是线扫描数据，两组在 HRF 的幅度、峰值时间、半高宽、上升斜率、正曲线下面积和刺激后下冲面积等参数上均无显著差异。
- 线扫描与 3D - EPI 比较：线扫描得到的 HRF 幅度明显低于 3D - EPI，且在与幅度相关的参数上存在显著差异。不过，在峰值时间上两者存在强相关性。
- 皮层深度相关的 HRF：在不同皮层深度，两组的 HRF 表现出相似的行为，BOLD 信号从白质边界到软脑膜表面逐渐增加。虽然在某些参数的斜率上存在一些趋势性差异，但整体上无显著差异。
四、研究结论与讨论
该研究表明，年轻和中年参与者在视觉皮层的 HRF 形状上没有显著差异。这意味着在进行非行为挑战性或认知要求高的记忆任务研究时，包含年轻或中年个体的队列在平均 HRF 上不会有预期差异。
研究中使用的线扫描技术虽然存在一些局限性，如空间特异性局限、噪声水平高和头部运动估计困难等，但通过多回波采集和 NORDIC 去噪等方法，一定程度上克服了这些问题。同时，研究人员也指出，与以往研究结果的差异可能源于场强、体素大小和 ROI 定义的不同。本研究采用 7T 场强，体素更小，且通过功能解剖和独立功能定位器选择 ROI，避免了一些传统方法的缺陷。此外，研究中使用的短 ISI（大于 3s）不会导致 HRF 形状的低估。
总的来说，这项研究为大脑衰老与 HRF 关系的研究提供了新的视角，让我们对不同年龄组大脑的功能特性有了更深入的理解，为后续相关研究奠定了重要基础，有助于推动神经科学领域对大脑衰老机制的进一步探索。
